数字信号处理实验七

数字信号处理实验 7 小信号放大器性能分析与仿真小信号放大器性能分析与仿真 班 级 20100821 学 号 2010061312 姓 名 王晓浩 实验七实验七 小信号放大器性能分析与仿真小信号放大器性能分析与仿真 一 实验原理 小信号放大器是电子线路的重要组成部分之一 由于他工作在晶体管的线性区域 之内 因此又称为线性放大器 使用 MATLAB 可仿真小信号放大器的各种参数 如 电压增益 输入阻抗 输出阻抗 频率响应等等 2 共发射极放大电路 共发射极放大电路是一种使用的最为广泛的放大电路形式 其特点是电压增益和 电流增益都比较高 自定义 M 函数 amplifl m 用来仿真共发射极放大电路 使用它可 以计算该放大器的的智力参数和交流参数 该放大器的电路如下图 MATLAB 的特点之一就是适合进行线性代数运算 因此午在分析直流参数或分析 交流参数时 都可以采用基尔霍夫定理 然后采用矩阵求逆的方式求出电压和电流的 具体数值 进一步便可得到该放大器的各种参数 在分析共发射极放大的交流参数时 采用的晶体管模型是低频 H 参数等效电路 一般来说 每个晶体管都可以用三个节点 来表示 他们分别是基极集电极和发射极 在计算交流参数过程中 忽略各电容器的 容抗 3 直接耦合放大器 在两个或三个晶体管之间进行直接耦合的放大器称为直接耦合放大器 他多用 作音响系统中的前置放大器 录音机内的磁头放大器 直接耦合放大器的主要特点是 工作点稳定 电压增益高 下图是一个典型的直接耦合放大电路 它有三个晶体管构 成 第一级为低噪声放大 第二级为高增益放大 第三极为射随器 整个放大器的电 压增益由负反馈电路确定 由于采用了串联电压负反馈 同时又使用了射随器 因此 该电路具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗 4 差分放大器 差分放大器又称差动放大器 由于它比较好的解决了零点飘逸问题 因此多作 为直流放大器来使用 差动放大器有两个输入端口和两个输出端口 于是可以分为两 端输入两端输出 两端输入和一端输出 一段输入两端输出 一端输入一端输出等几 种形式 下图是一种单端输入双端输出的差分放大器 是模拟卫星接收机内的视频放 大器 为了降低输出阻抗使用了射随器 为了稳定工作点 使用了晶体管 T5 做恒流 源 另外恒流源的交流阻抗是相当大的 这样有利于改善差分放大器的特性 5 阻容耦合音频放大器的频率响应 阻容耦合音频放大器的电路如下图 自定义 M 函数 amplif1 m 在分析该放大器交 流参数时未考虑电容之间的容抗 而分析电路的频率响应时不能忽略各个电容的影响 由于音频的频率范围在 20 20000HZ 之间 因此在分析音频放大器时可以采用低频 h 参数 同时忽略晶体管内部的反馈 于是阻容耦合音频放大器是一个电型的两端口网 络 分析其特性时使用 A 参数较为方便将晶体管 h 参数转化为 z 参数后 考虑到发射 机的电阻和电容 这相当是两个串联的两端口网络 即总的 z 参数之和 然后再将 z 参 数转化成 A 参数 这样就可以使用 T 型网络 A 参数相乘的方式求出整个等效电路的 A 参数 进一步即可得到其幅频特性 相频特性和输入阻抗 2 实验程序及结果分析实验程序及结果分析 2 共发射极放大电路共发射极放大电路 function Av Zi Zo Ie Vb Vc vo amplif1 Rb1 Rb2 Rc RL h Rs vs beta Ec Kp if nargin 11 Kp 1 end if nargin 10 Ec 12 end if nargin 9 beta 50 end if nargin 8 vs 10e 03 end if nargin 7 Rs 1e 03 end if nargin 6 h 1 2e 03 3 37e 4 50 27 1e 6 end if nargin 5 RL 6e 03 end if nargin 4 Re 1 5e 03 end if nargin 3 Rc 2e 03 end if nargin 2 Rb2 6e 03 end if nargin 1 Rb1 24e 03 end Rb Rb1 Rb2 Rb1 Rb2 YL Rc RL Rc RL Rs1 Rs Rb Rs Rb Zi h 1 1 h 2 1 h 1 2 YL h 2 2 Z1 Zi Rb Zi Rb vb vs Z1 Z1 Rs ib vb Zi Ro 1 h 2 2 ic h 2 1 ib Ro Ro 1 YL vo ic YL Av vo vb format short Yo h 2 2 h 2 1 h 1 2 h 1 1 Rs1 1 Rc Zo 1 Yo Zi round Zi Zo round Zo Av round Av 10 1 if Kp 1 Vbe 6 ns Si else Vbe 2 ns Ge end A Rb1 Rb2 Rb2 Rb1 1 Rb 1 beta Re B inv A Ec Vbe Vb B 1 Ib B 2 Ie 1 beta Ib Vc Ec beta Ib Rc Vb round Vb 10 1 Vc round Vc 10 1 Ie round Ie 1e 04 1 程序运行结果程序运行结果 ans 61 3000 3 直接耦合放大器直接耦合放大器 function Av Ai Zo Vb Ie E vo amplif2 Rb1 Rb2 Rc1 R1 R2 Rc2 Re3 Rf h vs beta Ec Ed Kp if nargin 14 Kp 1 end if nargin 13 Ed 15 end if nargin 12 Ec 24 end if nargin 11 beta 50 end if nargin 10 vs 1e 03 end if nargin 9 h 1 2e 03 3 37e 4 80 27 1e 6 end if nargin 8 Rf 33e 03 end if nargin 7 Re3 3 3e 03 end if nargin 6 Rc2 18e 03 end if nargin 5 R2 3 9e 03 end if nargin 4 R1 130 end if nargin 3 Rc1 100e 03 end if nargin 2 Re1 100 end if nargin 1 Rb1 1000e 03 end hie h 1 1 hfe h 2 1 hoe h 2 2 Rc hie Rc1 hie Rc1 T hoe 1 Re1 hoe 1 hfe hoe hoe 1 Rc hfe 1 0 hie V inv T 0 0 vs v2 V 2 ib2 v2 hie Av1 v2 vs Zi vs V 3 Re Re3 hoe Re3 1 hoe Rc Rc2 hoe Rc2 1 hoe T 1 Re 1 hfe 1 hie Rc V inv T 0 hfe Rc ib2 Av2 V 1 v2 Av0 V 1 vs Zo V 1 1 hfe hfe Rc ib2 Rc hie Zo abs Zo B Re1 Rf Re1 F 1 Av0 B Av Av0 F Zi Zi F Zi Zi Rb1 Zi Rb1 Zo Zo F vo Av vs Av Av Av0 Av1 Av2 if Kp 1 Vbe 7 ns Si else Vbe 2 ns Ge end Z Rb1 R2 1 beta Re1 1 beta R2 beta Rc1 R2 Rc1 1 beta R1 R2 Ib inv Z Vbe Ed Vbe I1 1 beta Ib 1 I2 1 beta Ib 2 I3 1 beta Ec Vbe Rc2 beta Ib 2 Rc2 1 beta Re3 I I1 I2 I3 I round 1e 04 1 V Re1 I1 R1 R2 I2 Re3 I3 Vbe V round V 10 1 Zi round Zi Zo round Zo Av round Av E Ec Ed Vb V Ie I format short 程序运行结果程序运行结果 ans 331 1275039 10 125611 4 差分放大器差分放大器 function Av Zi Zo V I vo amplif3 Rb Rc Re R1 R2 R3 R4 Re3 Zee h vs beta Ec K p if nargin 14 Kp 1 end if nargin 13 Ec 12 end if nargin 12 beta 50 end if nargin 11 vs 10e 03 end if nargin 10 h 1 2 03 3 37e 4 100 27 1e 6 end if nargin 9 Zee 1e 05 end if nargin 8 Re3 3300 end if nargin 7 R4 47 end if nargin 6 R3 680 end if nargin 5 R2 2400 end if nargin 4 R1 4800 end if nargin 3 Re 68 end if nargin 2 Rc 560 end if nargin Av Zi Zo V I vo amplif3 4700 560 68 4800 2400 680 47 3300 1e 05 1 2 03 3 37e 4 100 27 1e 6 10e 03 50 12 1 运行结果如下 Av 4 1000 4 1000 Zi 1097 Zo 6 V 1 5426 3 8287 7 7480 I 7 7000 2 1000 vo 0 0407 0 0407 5 阻容耦合音频放大器的频率响应阻容耦合音频放大器的频率响应 function H Zi amplif4 Ce C1 C2 Rb1 Rb2 Rc Re RL h Rs if nargin 10 Rs 1e 03 end if nargin 9 h 1 2e 03 3 37e 4 50 27 1e 6 end if nargin 8 RL 6e 03 end if nargin 7 Re 1 5e 03 end if nargin 6 Rc 2e 03 end if nargin 5 Rb2 6e 03 end if nargin 4 Rb1 24e 03 end if nargin 3 C2 20e 06 end if nargin 2 C1 20e 06 end if nargin 1 Ce 200e 06 end syms s hie h 1 1 hfe h 2 1 hoe h 2 2 zt hie 0 hfe hoe 1 hoe ze Re 1 s Re Ce ze ones 2 2 ze Z zt ze A Z 1 1 det Z 1 Z 2 2 Z 2 1 Rb Rb1 Rb2 Rb1 Rb2 A 1 Rs 1 s C1 0 1 1 0 1 Rb 1 A 1 0 1 Rc 1 1 1 s C2 0 1 A A 1 0 1 RL 1 Zi A 1 1 A 2 1 Rs f logspace 1 5 101 b a numden Zi b sym2poly b a sym2poly a Zi freqs b a 2 pi f k max abs Zi Rs Zi H k A 1 1 b a numden H b sym2poly b a sym2poly a H freqs b a 2 pi f Av 20 log10 abs H Avm round max Av 10 1 subplot 211 semilogx f Av g